科技信息 计算机与网络 浅谈虚拟坝实技市 山东理工大学 潍坊市经济学校初广勤 ［摘要］虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性实用信息技术，它融合数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、 传感与测量技术、仿真与人工智能等多学科于一体。为人们建立起一种逼真的虚拟的交互式的三维空间环境，并能对人的活动或操 作做出实时准确的响应，使人仿佛置身于现实世界之中。本文参照虚拟现实技术的含义和特征，谈论了它在现实中的应用，笔者相 信，虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯，并将深入到我们的日常工作与生活。 ［关键词］虚拟现实 交互性 沉浸感 构想性 全息性 虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＶＲ）或称虚拟环境（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ— ｍｅｎｔ，简称ＶＥ）技术是二十世纪末发展起来的由应用驱动的涉及众多 实践证明，虚拟现实除了上述“３Ｉ”基本特征之外，还应该具备全息 性特征。全息性（Ｍｕｌｔｉ Ｐｅｒｃｅｉｖｅｓ）。全息性是指虚拟现实系统能提供的感 学科的高新实用技术，是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口 技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门交叉技术。 它利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种传感设备使用户沉浸到 该环境中去。虚拟现实系统旨在突破系统和用户环境之间的界限，突破 用传统方法表达事物的局限，使人们不仅可以将任何想象的环境虚拟 实现，并且可以在其中以自然的行为与这种虚拟现实进行交流。虚拟现 实技术又被称为幻境技术和灵境技术。 虚拟现实技术自１９８９年由美国计算机科学家Ｊａｒｏｎ Ｌａｎｉｅｒ提出 后，发展十分迅速，并广被泛应用于军事、航空航天、自动控制、医疗康 复、教育娱乐等各个领域。虚拟现实是一种计算机界面技术，它通过给 用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交 互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户负担，提高整个系统 的工作效率。 虚拟现实技术具有三个最突出的特征，即人们通常所说的“３Ｉ”特 性：交互性（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｉｔｙ）、沉浸感（Ｉｌｌｕｓｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｕｎｅｒｓｉｏｎ）和构想性（Ｉｍａｇｉｎ￣－ ｔｉｏｎ）。 交互性（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｉｔｙ）。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和 输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。虚 拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利 用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感 设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动， 来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动 作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。虚拟现实与 通常ＣＡＤ系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而 是一个开放的环境，它可以对用户的输入（如手势，语言命令）做出响 应。例如用户可以用手去直接抓取和移动模拟环境中的物体，不仅有抓 东西的感觉，还能感到物体的重量；用户可以像现实中一样拿起一把虚 拟的火炬，并在虚拟环境中打开开关点燃它等等。虚拟现实技术将从根 本上改变人与计算机系统的交互方式。 沉浸感（Ｉｌｌｕｓｉｏｎ ｏｆ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特 征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系 统，对虚拟环境的投入程度。虚拟现实是通过计算机生成一个非常逼真 的足以“迷惑”人类感知的虚幻世界，导致用户产生了类似于现实世界 的存在意识或幻觉。人们不仅可以通过视觉和听觉，还可以通过嗅觉和 触觉多维地感受到虚拟世界中所发生的一切，它们看上去是真的、听起 来是真的、动起来也是真的。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作 用，就如同在现实世界中的一样。这种感觉是如此的逼真，以至于人们 能全方位地沉浸其中。 构想性Ｉｍａｇｉｎａｔｉｏｎ）。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具 体化的程度。虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是为 解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件， 它以夸大的形式反映了设计者的思想，比如在建造一座现代化的大厦 之前，要对其结构做细致的构思。然而许多量化的设计图纸的读者只能 是极少数的内行人，而虚拟现实则可以用别样方式同样反映出设计者 的构思，只不过它的功能远比那些呆板的图纸生动和强大得多。所以某 些国外学者称虚拟现实为放大人们心灵的工具，或人工现实（Ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）。 －－－——２０８．．—— 觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和 类似现实的全面的信息，让参与者通过全息传感及反应装置，在虚拟环 境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知，从而达到身临其境的感 受。全息性无疑是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技 术基础。 虚拟现实在现实中的应用主要有以下几个方面： 一、医学 虚拟现实技术在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚 拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、ＨＭＤ、感觉手套。 学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的 方式要有效得多。 二、娱乐、艺术与教育 ． 丰富的感觉能力与３Ｄ显示环境使得虚拟现实技术成为理想的视 频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实技术的真实感要求不是太高， 故近些年来虚拟现实技术在该方面发展最为迅猛。如芝加哥开放了世 界上第一台大型可供多人使用的虚拟现实技术娱乐系统，其主题是关 于３０２５年的一场未来战争；英国开发的称为“Ｖｉｒｔｕａｌｉｔｙ”的虚拟现实技 术游戏系统，配有ＨＭＤ，大大增强了真实感；１９９２年的一台称为“Ｌｅｇｅａｌ Ｑｕｓｔ”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能， 大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度虚拟现实技术产品奖。另 外，在家庭娱乐方面虚拟现实技术也显示出了很好的前景。 三、军事与航天工业 模拟与练习一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟 现实技术提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局ＤＡＲＰＡ 自８Ｏ年代起一直致力于研究称为ＳＩＭＮＥＴ的虚拟战场系统，以提供坦 克协同训ｌ练，该系统可联结２００多台模拟器。另外利用虚拟现实技术 技术，可模拟零重力环境，以代替现在非标准的水下训练宇航员的方 法。 四、管理工程 虚拟现实技术在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如 设计一新型建筑物时，可以在建筑物动工之前用虚拟现实技术显示一 下；当财政发生危机时，可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据 以寻找对策等。 总的来说，虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技 术领域，但仍存在许多有待解决与突破的问题。为了提高虚拟现实技术 系统的交互性、逼真性和沉浸感，在新型传感和感知机理、几何与物理 建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理以及人工智能、心 理学、社会学等方面都有许多挑战性的问题有待解决。 可以预见，在不久的将来，虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的 观念和习惯，并将深入到我们的日常工作与生活。 参考文献 ［１］王成为，高文，王行仁．《灵境技术的理论、实现及应用》．清华大 学出版社，１９９６ ［２］黄南华，李治柱．《昨天的创新，今天的标准——啵虚拟现实技术 及其应用》 ［３］周晓琪．《虚拟现实技术》．ｈｔｔｐ：／／ｚｚｉｔ．ｈｏｍｅ．ｓｈａｎｇｄｕ．ｎｅｔ